永磁球形电机定子绕组的永磁体模型及磁场分析

采用等效磁网络法分析了永磁球形电机定子磁场．在永磁体的体电流模型基础上,推导了电流密度与永磁体磁化强度的关系,得到了定子绕组的永磁体模型．在此基础上,在柱坐标下对分析模型进行剖分,并将不同磁场边界条件表达为磁阻单元对应节点或支路的不同状态,建立了永磁球形电机定子绕组磁场的二维等效磁网络模型．推导了各单元磁阻及磁动势的表达式,并利用平均磁能法求得了磁通密度在空间的分布．结果表明,定子绕组近场和远场具有不同的分布特征,远场时磁通密度小且变化相对平缓．通过与有限元法的析结果比较可知,相对误差均在6％左右,证明了所提方法具有较好的计算精度．     

凸极式永磁同步电机电磁功率和电磁转矩

永磁电机是联系机械系统和电系统的一种旋转机械。而机械系统和电系统是通过磁场的作用联系在一起。也就是说磁场是机械系统和电系统两者转换的媒介;是电磁功率(电磁转矩)产生的根源。电机学中以双反应理论为基础,求出凸极同步电机的电磁转矩公式。但是它把三相绕组的自感、互感关系一并考虑在合成磁势之中,掩盖了电机各感应系数随时间周期变化的物理实质,这对进一步研究电机在过渡过程及其复杂运行下电磁转矩、能量关系等均有局限性。因此我们从磁场能量相绕组之间的耦合关系,推导出凸极同步电机电磁转矩公式,有助于我们理解同步电机内部的电磁过程。 永磁同步电机的转子磁场是永久磁铁产生的,该转子磁场对定子线圈和铁芯的影响是与电磁铁等效的,我们便可以用一个近似的等效方法计算转子为永久磁铁的电机,用磁场能量和绕组之间的耦合关系,推导出凸极式永磁同步电机电磁转矩公式。     

非正交定子绕组单相异步电机的运行分析

等效电流法分析定子非正交绕组单相电机稳态运行性能时与传统的交轴磁场法和旋转磁场法不同,它以等值电路为基础,借助等效电流建立了绕组电流与感应电势的关系。在与网络图论结合分析的过程中,以回路电流为变量列写了用矩阵形式表示的方程式,并用一维求解的直接法得出了电机带特定负载运行时的稳定转速。计算结果表明了单相电机主、副绕组相差不同电角度与电机稳定转速值之间的关系。该方法是分析此类问题的有效工具。     

轴向磁通无铁心永磁同步电机性能分析

介绍了一种轴向磁通盘式无铁心永磁同步电机及基本运行原理,根据基本理论对采用分布式集中绕组电机的电磁转矩进行了计算.基于电机的三维有限元模型主要针对电机的三维磁场分布、电磁转矩特性进行了研究,并与传统的有铁心永磁同步电机进行了详细的对比分析,总结了此类电机参数和转矩特性的一些特点.最后通过实验对本文的仿真结果进行了论证,证明了仿真方法的有效性.     

用对称分量法分析电容式单相无刷同步发电机

电容式利用负序磁场自励恒压的无刷单相同步发电机是七十年代的新产品，目前国内外对它的 分析研究还很不完善，本文用对称分量法对这种电机进行系统的分析。内容主要包括三个部份：１． 进行理论分析，建立其完整的等效电路，电势，磁势平衡方程式和相应的相量图，根据所得结果进 行运行情况分析．２．根据基本理论确立设计计算方法，编制了电磁计算程序．３．对理论分析和计算方法进行了试验验证。     

不连续定子永磁直线同步电动机运行过程分析

从不连续定子永磁直线同步电动机的结构特点和工作原理出发 ,建立起电机的仿真模型 .对一台样机运行过程进行仿真、分析 ,探讨动子运动过程中电机电磁推力的变化规律 ,寻求改善电磁推力稳定性的方法 .研究结果表明 :若相邻定子绕组间的距离为磁场基波波长的整数倍 ,动子有效长度为相邻定子中心轴线间距的整数倍 ,且各段定子对应电流大小相等、相位相同时 ,推力较稳定 ;若不满足相邻定子绕组间的距离为磁场基波波长的整数倍时 ,可通过调节定子电流的初始相位来稳定电磁推力     

三段式Halbach阵列永磁电机解析建模与研究

针对传统子域模型在分析电机电磁性能时无法考虑软磁材料磁导率的缺陷,提出了一种考虑软磁材料磁导率为具体值的三段式Halbach阵列永磁电机多层解析模型。根据内部激励源和媒介的不同,将永磁电机全域划分成Halbach阵列永磁体层、气隙层、定子齿尖层和电枢绕组层4类磁场求解层。利用柯西乘积和复数形式的傅里叶级数来描述磁场求解层中媒介磁导率分布情况。基于麦克斯韦方程组建立了每个磁场求解层的拉普拉斯方程或泊松方程,结合边界条件求解出每个磁场求解层的磁矢位。利用多层解析模型计算了电机的气隙磁密、空载反电动势和输出转矩等电磁特性,并与有限元模型计算结果进行了对比。计算结果表明：多层解析模型和有限元模型计算得到的气隙磁密波形吻合得很好,两者的空载反电动势峰值和输出转矩平均值的相对误差均小于1%,证明了多层解析模型的正确性。最后利用多层解析模型研究了槽开口宽度、磁极宽度和充磁夹角对电机输出转矩的影响规律,给出了输出转矩最优的设计方案。仿真结果表明：优化后的输出转矩脉动削减了75.7%,证明所提出的多层解析模型不仅计算准确而且计算速度快,在电机的初始设计和电磁性能影响规律的探究上具有明显的优势。     

永磁同步电机磁通谐波抑制的补偿控制仿真

永磁同步电机的转子永磁体励磁磁场中含有的谐波分量,将增加定子绕组内磁链的谐波分量,增大电机的损耗,导致电机温度升高,同时产生转矩波动.根据内置式电机转子磁场的特点,建立电机模型,并在该模型基础上提出一种对磁场谐波抑制的补偿控制算法,通过降低谐波分量来减少定子铁损.同时对电机因磁场谐波引起的转矩波动进行补偿,从而减小振动和噪声.仿真结果表明该补偿控制算法使得磁链谐波分量明显降低,转矩波动减小.     

一种新型结构的内外双转子感应电机

为了提高感应电机的运行性能,研究了一种具有内外双转子的新型结构的感应电机。电机采用励磁电抗较大的特殊铁芯和定子绕组形式。通过分析电机内部的电磁关系,计算了其特殊的磁场分布,推导出电机的数学模型,并对其进行了动态仿真。结果表明,电机具有良好的动态特性,特别是当电机极数较少（例如2极）时,绕组电阻和端部漏抗值都很小,而力能指标却较高。因此,推导出的电磁关系和数学模型适用于新型内外双转子感应节能电机的设计分析。     

同步发电机定子绕组匝间短路下电磁转矩和振动分析

在考虑气隙偏心的情况下,分析了定子绕组匝间短路后同步发电机气隙磁场的变化特征,得到该内部故障前后电磁转矩和振动的变化规律,特别是瞬时转矩中的脉冲转矩分量幅值和频率的变化特征．应用场路耦合法分析了内部故障与偏心双重条件下的电机端电流第17阶和第19阶分量特征．通过动模实验实测了一台容量为7．5kVA的发电机定子绕组匝间短路时的定子垂直方向振动加速度信号并对其进行了离散频谱分析．结果表明,发电机定子绕组匝间短路后,其2倍基频振动加速度变化大,第17阶和第19阶谐波电流幅值可作为检测未发生或发生内部故障的电机的动态偏心严重程度的特征值     

载流球台薄壳的磁弹性应力与变形分析

在对机械载荷与非定常电磁场耦合作用下的球台薄壳的应力、位移与电磁场、机械场等关系研究的基础上，建立了载流球台壳的磁弹性基本方程，采用分离变量法，导出了数值计算方程式，并通过具体算例，讨论了电场中电磁量、作用时间等因素与球台壳应力及变形之间的关系。     

Halbach阵列永磁球形电动机转矩的三维有限元分析

为分析Halbach阵列永磁球形电动机复杂边界条件对电机性能的影响,采用有限元法对电机转矩特性进行了研究．建立了Halbach阵列永磁球形电动机三维有限元模型,得到了电机转矩的空间分布,并与解析法得到的结果进行了对比分析．在保证Halbach阵列永磁球形电机体积不变的情况下,分析了电机结构参数对电机性能的影响．对不同磁体结构球形电动机产生的自转转矩和倾斜转矩进行了比较．漏磁、磁场谐波及各自由度之间的电磁耦合对转矩特性的影响可以在有限元法中得到体现,使其与解析法得到的结果有所差别．永磁球形电动机采用Halbach阵列磁体结构后,转矩的输出能力得到了提高．在电机结构参数中,转子磁体厚度、定子线圈高度、内径及外径对电机的输出转矩能力具有较大的影响．结果表明在提高电机转矩输出能力上,电机结构参数存在最优值．     

永磁球形电动机转矩特性的数值计算与分析

提出了一种新型永磁球形电动机的基本结构与运行机理,建立了其三维有限元分析模型;针对驱动电机自转的转矩进行了数值仿真,得到了永磁球形电动机的电磁转矩特性曲线和磁阻转矩特性曲线．通过比较分析球形电机不同转子极充磁方式、定子线圈铁心磁导率以及定子外壳是否采用铁磁材料时电磁转矩特性的变化,得出了提高球形电机输出转矩的有效途径．系统地分析了球形电机主要参数的变化对电机转矩的影响,得到了永磁球形电动机最大静转矩随定子极高度、定子铁心半径、永磁含量系数、线圈安匝数以及气隙长度等参数的变化规律．分析结果为永磁球形电动机的优化设计提供了依据．     

无轴承开关磁阻电机的转矩与径向力特性分析

分析了无轴承开关磁阻电机的径向磁悬浮力产生机理,在考虑磁场饱和的前提下,使用有限元方法对电机电磁场进行计算,分析了电机的转矩与径向力特性．研究了电机主、副绕组电流对电机磁极磁场的影响,及电流与转矩、径向力的非线性关系,给出了实现电机稳定运行的电流取值范围,为电机有效控制奠定了基础．     

旋转电机磁场计算的有限元法研究

在二维电磁场的数学模型基础上,建立二维电磁场有限元的离散方程,利用"场"的方法代替了以前"路"的方法及"场路结合"的方法.算例表明,其算法可有效提高计算精度.尤其对电机的关键部分——齿层区域的磁场精确求解比较有意义,可以根据磁密的饱和程度来精确选材.     

一种抑制无刷直流电机转矩脉动的调制方法

针对无刷直流电机存在较严重的转矩脉动问题,提出在换相区采用三相绕组共同调制方法来减小换相转矩脉动;在导通区,采用滞环比较原理实现对电机转矩、磁链的跟踪控制,从而消除非换相转矩脉动。在电机转矩与输入能量之间建立联系,按照单周期控制思想,使系统能够准确控制输入能量,进而准确控制电机转矩。仿真和实验结果表明,相比于传统的控制方法,采用转矩脉动抑制方法,在换相区和导通区内的电流和电磁转矩波形都更平稳。并且当电机转速变化时,采用传统控制方法得到的电流和电磁转矩会产生波动;而采用脉动抑制方法时,电机转速变化对绕组电流的影响不大,电机能够相对稳定地输出电磁转矩,验证了文中理论分析的正确性和有效性。     

永磁电机电磁场的虚边界元方法

采用虚边界元方法对永磁电机电磁场进行了分析,对电磁场问题的虚边界积分方程的建立,虚边界积分方程的离散和多种材料时虚边界元方法的处理及开域电磁场计算方面的应用进行了深入的研究。从而拓展了永磁电机电磁场的研究思路,把虚边界元方法引入永磁电机电磁场计算的实践,具有一定的意义和较高的实用价值。     

电动车用轮毂电机场路耦合分析

针对电路模拟法和电磁解析法难以准确计及铁磁材料磁导率非线性的影响,以及磁场有限元法难以分析外电路为非标准正弦激励等问题,采用场路耦合法分析电动车用轮毂电机特性,将电磁场有限元方程与外电路方程联立求解,充分考虑外电路中时间谐波电流等非线性因素对磁场的影响,实现电磁场量和电气量的直接耦合。推导轮毂电机电磁场与外电路耦合离散方程、机械运动方程以及功率损耗方程,计算其负载感应电动势和功率损耗,对比分析磁场有限元法和场路耦合法计算结果的差异,并研究轮毂电机功率损耗密度的分布规律。分别采用磁场有限元法和场路耦合法计算在不同工况运行时电机的效率特性,通过样机实验对比分析,结果表明:场路耦合法计算结果更准确,证明所用分析方法的正确性。     

多相永磁无刷直流电机凸极效应的数学模型

考虑到多相永磁无刷电机转子磁路结构及气隙磁密波形对电机运行性能和控制策略的影响,需要建立准确的电机数学模型。该文根据永磁电机磁场的特性,推导了电磁转矩和反电势的一般表达式,建立了考虑凸极效应和气隙磁密谐波的多相永磁无刷直流电机数学模型,用有限元方法计算模型中的参数。结合一台样机进行了仿真和实验,结果表明该数学模型既准确反映了电机的性能,又可用于多相永磁无刷电机整个系统的仿真计算。